JPH02241558A - 排気および煙道ガスから微粒子を除去する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ス、煙道ガスから微粒子を除去するシステムに関する。

さらに詳細には、本発明はディーゼルエンジンの排気ま
たは軽油、これよりも重質の油、さらには芳香族化合物
成分が混じった重質油の燃焼を伴なうすべての場合（熱
発生プラント、可搬式発電機、大規模発電所など）また
は石炭の燃焼で発生する煙道ガスから微粒子が放出され
るのをなくすかまたは少なくとも大きく減少せしめるシ
ステムに関する。

本明細書における記述を簡略にするために以下において
はディーゼルエンジンについてのみ例示することとする
が、これから述べるポイントおよび結論は他の場合にお
いても等しく適用され得るものである。

約１０個の炭素を有する分子または単純な芳香族化合物
分子から始まる炭化水素の燃焼は、たとえばｃｏ、　ｃ
ｏ、およびＨ，Ｏのような通常の燃焼生成物ばかりでな
く、たとえば未燃焼有機化合物、す＼および窒素酸化物
のような生成物をも発生せしめる。

排気ガスの組成は燃焼に用いられた空気の量に依存して
可成り変化するものである。しかしながら、良好なプロ
セス収率を得るためには（すなわち充分な動力を得るた
めには）、空気−燃料比をおおよそ一定の値に固定する
こととなるが、このような値の下では微粒子の放出を回
避することがむずかしい。

このことは自動車のディーゼルエンジンの場合には観察
者にとって特に明かにわかる現象となって生じ、著しい
大気汚染であるとか健康上甚だ有害であるとかの非難を
あびることとなる。

総括的に云えば、このような非難は根拠のないものであ
る。事実、ガソリンエンジンに較べるとディーゼルエン
ジンは、発生する一酸化炭素（−酸化炭素は血液の酸素
交換機能を阻害するので強力な毒物である）の量は４な
いし６分の１であり、未燃炭化水素（これは高い発癌性
を有する）の量は大略半分であり、窒素酸化物（これは
酸性雨に関係する）の量も約半分である。

しかしながら、ディーゼルエンジンでは炭素粒子（これ
は長期間にわたると気管支炎やその他の胸部疾患を生せ
しめる）を４０倍も放出すると共に、二酸化硫黄（これ
も酸性雨の原因となるが、ガソリンで行なったのと同様
にディーゼル燃料も脱硫すればなくすことができる）も
放出する。

また、す＼は未燃炭化水素を吸着してこの発癌性物質の
媒介体として作用することも注目すべきである。

要約するに、軽油、燃料油およびその類似物の燃焼で生
じたす＼は極度に不快なもので、その大気放出は全くな
くすかまたは少なくとも大きく減少せしめなければなら
ないことは疑いないのである。

炭化水素の燃焼によって生ずる微粒子の量を成る程度減
少せしめることは、電子装置によって燃焼を調節するこ
とで達成せしめ得る。しかしながらこの調節は約２０％
だけ煙の等級を減する。この減少率は多くの場合不充分
である。この問題を解決するために今迄多くの努力がな
されて来た。

数多くの特許（たとえば特開昭６３−２３２８１７号、
ヨーロッパ特許第２８３，２４０号、同第１１４，６９
６号、米国特許第４，６２２，８１０号、同第４，６０
４，８６８号、同第４５７１．９３８号など）では、微
粒子を機械的に捕捉できる様々な種類のセラミックフィ
ルタを用いている。

これらのセラミックフィルタは、たとえば特別のバーナ
で生成した熱ガスを利用する燃焼により、または予熱空
気流により周期的に再生せしめ得るものである。このよ
うなフィルタには屡々燃焼を容易にするためにたとえば
白金のような触媒を含有せしめておく。

このようにすることにより、微粒子の量は大きく減少す
るが、セラミックフィルタのコスト高であることおよび
こわれ易いものであること、さらには触媒がコスト高で
あることおよび劣化し易いものであることなどがこのよ
うなフィルタの使用、ことに自動車用としての使用を非
経済的なものとしていたのである。

米国特許第４，７４１．７４６号では、ディーゼルエン
ジン排気ガス中の炭素微粒子を沈降せしめるのにコロナ
放電をなす静電沈降器を用いることを提案している。

米国特許第４，５８７，８０８号もまたディーゼルエン
ジン関係のものであり、分子解離器の使用を提案してい
る。この分子解離器は１５０ＫＶにも及ぶ電圧で、ｃｏ
、Ｃｏ、およびＮＯｘ分子の解離を生じさせ、未燃炭化
水素を構成元素に解離させ、次いでこのようにして生成
した炭素微粒子を、既に排気中に存在する炭素微粒子と
共に除去するのである。

しかしながら、運輸により生ずる空気汚染に関する１９
８７年パリ会議において、工業に由来するシステムを自
動車に装備すると、その有効性はうたがわしくなり（サ
イクロンの場合）、またその大きさが大きすぎ、さらに
はその機構が禁止的に複雑なものとなる（静電分離器の
場合）ことが報告されている（ポリュージョンアトモス
フエリク、１９８７年１２月特別号、第２６８−２８５
頁参照）。

上述のことから、寸法が限られている場合（たとえば自
動車用ディーゼルエンジンなどまたは家庭用熱プラント
の場合）には、炭化水素の燃焼で生ずる排気ガス中の煙
の成分の減少に関係する技術的問題および経済的問題は
解決から遠くかけ離れている段階にあることは明らかで
ある。

本発明の目的は、炭化水素の燃焼に起因する排気ガス中
の微粒子を著しく減少せしめる構造簡易で費用がかから
ずコンパクトな装置を提供すると共に、分離しだす＼の
除去のために用いる手段が簡単であるシステムを提供す
ることによって上述の諸欠点を解決することにある。

本発明によれば、微粒子除去装置は、２電極高電圧発生
器１．この高電圧発生器の一方または他方の電極に交互
に接続するいくつかの導体、これら導体の上流側で排気
パイプ内に空気を導入する手段、およびこの空気導入手
段を制御する手段の４つの手段を炭化水素の燃焼生成物
を流す排気パイプ内に挿設したことを特徴とするもので
ある。

前記導体はそれぞれ、前記排気ガスの流れの方向に鉛直
に前記パイプの中に設置した導電性の金属格子から成る
ものである。

この金属格子の寸法（または格子を形成するフィラメン
トの全横断面積とパイプの横断面積との百分比）は５０
％以下、好適には３５％以下で１０％以上とすべきであ
る。

このような数値は、パイプの横断面積を不当に邪魔しな
いことの必要性と電気放電によって占められる面積が妥
当な面積となることの必要性との間で程よいバランスが
得られなければならないという要求によって制約された
結果である。

上述とは別に、前記導体は前記排気ガスの流れの方向に
平行する面または管を形成するように配設した格子およ
びまたは板およびまたはワイヤから成るものとすること
ができる。

この場合、上述で定めたように前記導体が占められるス
ペースは３５％以下で４％以上とし、格子およびまたは
板およびまたはワイヤがパイプの直径の１０倍に至るま
での長さにわたってパイプの軸線に平行して延びるもの
とすることができる。

これらの導体へ供給する電圧は、作動温度および関連す
る作業条件下におけるガス中の放電を生じさせる電界の
５０％から９８％の間の電界を生成せしめるような電圧
でなければならない。

前記パイプ内に空気を導入する手段は弁付きの導管、ま
たは管路およびパイプから成るものである。

前記空気導入手段を制御する手段は、υト気ガスを分析
してその結果をポンプおよび弁を制御するマイクロプロ
セッサに伝達して所望量の空気を前記導体の上流側でパ
イプへ導入するようにするプローブから成るものである
。

以下本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて詳述する。

第１図において示すように、導管２が排気ガスを流すパ
イプ１の間に挿設されている。この導管２には導体（図
示してない）が設けてあり、これらの導体はケーブル４
および５を介して電圧発生器３に接続しである。マイク
ロプロセッサ９はプローブ６によって分析されたガスの
組成に関する信号を処理して、導管２に接続した管路７
の弁８を制御し、この導管２の所望量の空気をポンプ１
０を介して導入する。

作動に当っては、プローブ６がガス、ことにそのＣｏ、
Ｃｏ麿および０□成分を分析する。信号がマイクロプロ
セッサ９へ送られ、ここで予め設定したプログラムおよ
び特定の燃料消費に関する他の情報に基づいて未燃材料
およびす＼の量を確定し、さらにその燃焼に要する空気
量を確立して、この結果によりポンプ１０および弁８を
制御する。

同時に、高電圧を高電圧発生器３から導体間に印加する
。

ガスが電極間に流れると、このガス中に含まれるす＼は
この装置の誘電定数を低下せしめて、強いスパーク放電
が炭素粒子へと飛び、これを白熱化せしめて焼却させる
。

ガス中の空気を富化させることおよび高い温度とするこ
とで大部分の炭素を焼却することを可能とし、主として
二酸化炭素の生成を見ることとなる。このようにして、
たとえばディーゼルエンジンの排気ガス中の一酸化炭素
成分が極少量であることをそのまま維持させるか、場合
によってはこの一酸化炭素成分をさらに減少せしめるの
である。

本発明のふたつの実施例を第２図および第３図で示す。

第２図において、扁平な板の形とした導体１２．１２’
および１３は左から右へと流れるガスの流れの方向に平
行に設置してあり、ケーブル４および５はそれぞれ板１
２．１２′および板１３に給電している。

ケーブル５は絶縁部分１１を介して導管２の壁を貫通し
ている。これらの板は突出する尖端部１４を有し、これ
によって炭素粒子と板目体との間の電荷の形成を助勢し
ている。

第３図においては、円形格子の形とした導体１２．１２
’　、１３および１３′はガスの流れの方向に鉛直に設
置してあり、ケーブル４および５を介して給電される。

これらのケーブルは絶縁体１１によって絶縁されている
。絶縁体はまたケーブル４および５が導管２の壁を通る
ようにするものである。

もちろん、導体１２および１３を他の形状および配置と
することは本発明の範囲内において可能なことである。

本発明を３８６０ｃｃのディーゼルエンジンと１５０Ｏ
ｒｐｍにおいて定格４０ＫＷの発電機の組合せの排気シ
ステムで試験を行った。このディーゼルエンジンは試験
中１４０Ｏｒｐｍの回転速度で運転された。

第３図に示すような格子の形とした導体を３ｃｍ間隔で
設置した。４対の導体の直径は排気パイプの内径よりも
２０％小さかった。１対の導体の導体間電圧は５０ない
し６５ＫＶの範囲であった。各格子が占める空間の大き
さはバイブの横断面積の２２％に達した。

エンジンは各試験にあたって１時間運転した。

微粒子除去装置はこの期間中作動せしめた。同時に、排
気ガスをサンプルとして集め、このサンプルを秤量した
フィルタに通した。ガスを１ｍ”だけ通した後、微粒子
を捕捉したこのフィルタを再秤量した。

排気ガス中の微粒子の平均量は本発明による処理前には
１７．２ｍｇ／ｍ”で偏差は＋３ないし＋４　ｍｇ／ｍ
”の間であった。

格子対をひとつずつ挿入すると、処理されたガスの微粒
子成分は減少した。これは約１５％（１対の格子を挿置
し、これに５２ＫＶの電圧を印加した場合）から約７０
％（４対の格子を挿置し、これに６０ＫＶの電圧を印加
した場合）まで変化した。

以上本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて詳述したが、本発明はこれらの特定の実施例に限定
されるものではなく、本発明の精神を逸脱しないで幾多
の変化変形がなし得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかわる一般的な配置を示す略図、第
２図は導体をガス流の方向に平行に設置した本発明の第
１の実施例の断面図、第３図は導体をガス流の方向に鉛
直に配設した本発明の第２の実施例の斜視断面図である
。 ２・・・導管、３・・・電圧発生器、４．５・・・ケー
ブル、６・・・プローブ、７・・・管路、８・・・弁、
９・・・マイクロプロセッサ、１０・・・ポンプ、１１
・・・絶縁部分、１２．１２’　、１３．１３’・・・
導体、１４・・・尖端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　排気パイプ中の排気ガス微粒子を減少せしめる装置
   において、２電極高電圧発生器と、前記電極の一方また
   は他方に接続された複数の導体と、これら導体の上流側
   において前記排気パイプ中に空気を導入する手段と、こ
   の空気導入手段を制御する手段とを包含することを特徴
   とする装置。 ２　請求項１記載の装置において、前記導体のそれぞれ
   が、前記排気パイプの内側で前記排気ガスの流れの方向
   に鉛直に配設した導電性金属の格子から成ることを特徴
   とする装置。 ３　請求項２記載の装置において、各格子の横断面積と
   前記排気パイプの横断面積との比を５０％以下、１０％
   以上としたことを特徴とする装置。 ４　請求項３記載の装置において、前記比を３５％以下
   としたことを特徴とする装置。 ５　請求項１記載の装置において、前記導体が前記排気
   ガスの流れの方向に平行に設置した格子およびまたは板
   およびまたはワイヤの形としたことを特徴とする装置。 ６　請求項３記載の装置において、前記導体の全横断面
   積と前記排気パイプの横断面積との間の比を３５％ない
   し４％の間の値とし、前記導体を前記排気パイプの軸線
   に平行に前記排気パイプの直径の１０倍に達するまでの
   長さにわたって延在せしめたことを特徴とする装置。 ７　請求項１記載の装置において、前記導体のそれぞれ
   が多数の突出する尖端部を有することを特徴とする装置
   。 ８　請求項１記載の装置において、前記高電圧発生器が
   前記導体に給電して、作動条件下において前記導体間に
   放電を生じさせるに必要な電界の５０％ないし９８％の
   間の電界を形成するようにしたことを特徴とする装置。